Новые исследования химии кислорода и железа в экстремальных условиях, обнаруженных глубоко внутри Земли, могут объяснить давнюю сейсмическую загадку, называемую зонами сверхнизких скоростей. Опубликованные в журнале Nature открытия могут иметь далеко идущие последствия для нашего понимания геологической истории Земли, в том числе изменяющих жизнь событий, таких как Великое событие оксигенации, которое произошло 2,4 миллиарда лет назад..
Находящиеся на границе между нижней мантией и ядром, на глубине 1 800 миль от поверхности Земли, зоны сверхнизких скоростей (UVZ) известны ученым из-за их необычных сейсмических характеристик. Хотя этот регион слишком глубок для исследователей, чтобы когда-либо наблюдать их напрямую, инструменты, которые могут измерять распространение сейсмических волн, вызванных землетрясениями, позволяют им визуализировать изменения во внутренней структуре Земли; подобно тому, как ультразвуковые измерения позволяют медицинским работникам заглянуть внутрь нашего тела.
Эти сейсмические измерения позволили ученым визуализировать эти зоны сверхнизких скоростей в некоторых регионах вдоль границы ядро-мантия, наблюдая замедление проходящих через них сейсмических волн. Но знание о существовании УВЗ не объясняло их причин.
Однако недавние открытия в области химии железа и кислорода в глубокоземных условиях дают ответ на эту давнюю загадку.
Оказывается, что вода, содержащаяся в некоторых минералах, которые втягиваются в Землю из-за тектонической активности плит, при экстремальных давлениях и температурах может расщепляться, высвобождая водород и позволяя остаточному кислороду соединиться с металлическим железом из земной коры. core для создания нового минерала высокого давления, пероксида железа.
Во главе с Хокваном «Дэйвом» Мао из Университета Карнеги исследовательская группа считает, что до 300 миллионов тонн воды может попадать в недра Земли каждый год и образовывать глубокие, массивные резервуары диоксида железа, которые могут быть источником зон сверхнизких скоростей, тормозящих сейсмические волны на границе ядра и мантии.
Чтобы проверить эту идею, команда использовала сложные инструменты в Аргоннской национальной лаборатории для изучения распространения сейсмических волн через образцы пероксида железа, которые были созданы в условиях глубокого давления и температуры, имитирующих землю, с использованием нагретого лазером алмаза. ячейка наковальни. Они обнаружили, что смесь обычной мантийной породы с содержанием пероксида железа от 40 до 50 процентов имеет такую же сейсмическую характеристику, как и загадочные зоны сверхнизких скоростей.
Для исследовательской группы одним из самых захватывающих аспектов этого открытия является потенциал резервуара кислорода глубоко в недрах планеты, который, если его периодически выбрасывать на поверхность Земли, может значительно изменить раннюю атмосферу Земли, потенциально объясняя резкое увеличение содержания кислорода в атмосфере, которое произошло около 2. Согласно геологическим данным, 4 миллиарда лет назад.
«Обнаружение существования гигантского внутреннего кислородного резервуара имеет много далеко идущих последствий», - объяснил Мао. «Теперь мы должны пересмотреть последствия спорадических выбросов кислорода и их корреляцию с другими важными событиями в истории Земли, такими как образование полосчатого железа, Земля-снежок, массовые вымирания, наводнения базальтов и разломы суперконтинентов».